第2讲 化学平衡状态及化学平衡移动生.docx

第2讲 化学平衡状态及化学平衡移动生.docx

《第2讲 化学平衡状态及化学平衡移动生.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2讲 化学平衡状态及化学平衡移动生.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第2讲化学平衡状态及化学平衡移动生

第2讲化学平衡状态及化学平衡移动

知识点一：

化学平衡

1．可逆反应

（1）概念：

在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应。

（2）特点——二同一不能：

①“二同”：

同一条件下，正、逆反应同时进行。

②“一不能”：

反应物和生成物同时存在，任意物质不能全转化为生成物，即反应物的转化率小于100%。

2．化学平衡状态

建立过程图示

（1）建立过程：

一定条件下的可逆反应随着反应的进行，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的浓度保持不变的状态（如如图）。

（2）特点：

①逆：

化学平衡研究的对象是可逆反应。

②等：

达到平衡时正反应速率和逆反应速率相等。

③定：

达到平衡时反应体系中各组分的浓度保持恒定。

④动：

化学平衡是一种动态平衡。

⑤变：

当外界条件发生变化时，平衡可能发生移动。

注意点：

（1）对于在不同条件下进行的反应物和生成物相反的反应不能认为是可逆反应。

如Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O不是可逆反应。

（2）对于可逆反应，无论什么条件下，反应物都不可能完全转化为生成物。

如H2＋I2

2HI的反应体系中，加入1molH2与1molI2充分反应后，生成HI的量一定小于2mol。

（3）可逆反应达到化学平衡状态时，化学反应速率不等于零。

（4）对于有特征现象的化学反应，可以通过观察现象来判断反应是否达到平衡，如Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3的反应，当反应体系的颜色不再改变时，反应达到平衡。

（5）外界条件发生变化，化学平衡状态不一定发生移动，如使用催化剂。

练习：

1．下列关于化学反应限度的说法中正确的是（　　）

A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度

B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等都等于0

C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变

D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变

2．一定温度下，可逆反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）达到化学平衡状态的标志是（　　）

A．混合气体的压强不再变化

B．混合气体的颜色不再变化

C．反应速率v（H2）＝1/2v（HI）

D．c（H2）∶c（I2）∶c（HI）＝1∶1∶2

知识点二：

外界因素对化学平衡的影响

1．影响化学平衡的因素

若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：

改变的条件（其他条件不变）

化学平衡移动的方向

浓度

增大反应物浓度或减小生成物浓度

减小反应物浓度或增大生成物浓度

压强（对

有气体

参加的

反应）

反应前后气体体积改变

增大压强

减小压强

反应前后气体体积不变

改变压强

温度

升高温度

降低温度

2．催化剂与化学平衡的关系

使用催化剂，能同等程度地增大正反应和逆反应的反应速率，可以缩短达到平衡的时间，但对化学平衡没有影响。

3．勒夏特列原理

如果改变影响化学平衡的条件（浓度、压强、温度等）之一，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

注意点：

（1）增大固体或纯液体物质的量，化学平衡不发生移动，因固体或纯液体的浓度可视为1，增加其用量，对平衡不产生影响。

（2）化学反应速率改变是化学平衡移动的前提条件，但化学反应速率改变，化学平衡不一定移动，化学平衡移动，化学反应速率必定改变。

（3）改变容器内气体的压强，使化学平衡发生移动，是通过改变气体的浓度而实现的。

即改变压强，若气体的浓度不变则化学平衡一定不会发生移动。

（4）勒夏特列原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡。

（5）平衡移动能够“减弱”外界条件的变化，但不能“抵消”外界条件的变化。

练习：

3．下列叙述中一定能判断某化学平衡发生移动的是（　　）

A．混合物中各组分的浓度改变

B．正、逆反应速率改变

C．混合物中各组分的含量改变

D．混合体系的压强发生改变

4．对于密闭容器中的可逆反应：

mX（g）＋nY（s）pZ（g）　ΔH＜0，达化学平衡后，改变条件，回答下列问题（填“一定”、“不一定”或“一定不”）

（1）增大压强，化学平衡________发生移动

（2）通入氦气，化学平衡________发生移动

（3）增加Y的物质的量，化学平衡________发生移动

（4）其他条件不变，升高温度，化学平衡________发生移动

要点记忆：

高频考点：

考点一　化学平衡状态的判断

　在体积固定的密闭容器中进行可逆反应：

2NO22NO＋O2，你能判断出下列哪些情况能作为反应达到平衡状态的标志吗？

①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2,②v正（NO）＝2v逆（O2）　③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1　④混合气体的颜色不再改变　⑤混合气体的密度不再改变　⑥混合气体的压强不再改变　⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变

知识点链接：

1．直接判断依据

⇒达到平衡状态

2．间接判断依据

以mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）为例：

类型

判断依据

平衡状态

混合物体系中各成分的含量

①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定

②各物质的质量或各物质的质量分数一定

③各气体的体积或体积分数一定

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA，即v（正）＝v（逆）

②在单位时间内消耗了nmolB同时生成pmolC，则v（正）不一定等于v（逆）

③v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q，v（正）不一定等于v（逆）

④在单位时间内生成nmolB，同时消耗qmolD，因二者变化均表示v（逆），所以v（正）不一定等于v（逆）

压强

①m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

②m＋n＝p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

平均相对分子质量（

r）

①m＋n≠p＋q时，

r一定

②m＋n＝p＋q时，

r一定

气体密度

①m＋n≠p＋q，恒温恒压时，密度保持不变

②m＋n＝p＋q时，密度保持不变

温度

体系温度一定（其他不变）

颜色

反应体系内有色物质的颜色一定

[例1]对于反应N2O4（g）2NO2（g）　ΔH＞0，将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。

1．可逆反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．3v正（N2）＝v正（H2）　　　B．v正（N2）＝v逆（NH3）

C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）D．v正（N2）＝3v逆（H2）

2．在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g），不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是（　　）

A．体系的压强不再发生变化

B．v正（CO）＝v逆（H2O）

C．生成nmolCO的同时生成nmolH2

D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键

考点二　化学平衡移动及转化率变化

　在一定条件下的密闭容器中，发生反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，改变下列条件，平衡如何移动？

反应物的转化率如何变化？

①增大N2的浓度　②移出部分NH3　③升高温度

④扩大容器体积或减小压强　⑤恒温恒容条件下充入He气　⑥恒温恒压条件下充入He气

答案：

①平衡右移　　N2转化率减小，H2转化率增大；

②平衡右移　　N2、H2转化率都增大；

③平衡左移　　N2、H2转化率都减小；④平衡左移　　N2、H2转化率都减小；

⑤平衡不移动　N2、H2转化率都不变；

⑥平衡左移　　N2、H2转化率都减小

知识点链接：

分析化学平衡移动要注意从正、逆反应速率是否改变入手，速率改变平衡才有可能移动。

判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与物料转化率提高等同起来，要视具体情况而定。

1．实例分析

（1）反应实例2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH<0：

条件变化

平衡移动

转化率变化

增大O2浓度

正移

SO2的转化率增大，O2的转化率减小

增大SO3浓度

逆移

SO2、O2的转化率都减小

升高温度

逆移

SO2、O2的转化率都减小

增大压强

正移

SO2、O2的转化率都增大

（2）反应实例2NO2（g）N2O4（g）：

条件变化

平衡移动

转化率变化

体积不变时，充入NO2气体

正移

NO2的转化率增大

增大压强（缩小体积）

正移

NO2的转化率增大

（3）反应实例I2（g）＋H2（g）2HI（g）：

条件变化

平衡移动

转化率变化

增大H2的浓度

正移

H2的转化率减小，I2的转化率增大

增大压强

不移动

转化率不变

2．“惰性气体”（不参加反应的气体）对化学平衡的影响

（1）恒温、恒容：

原平衡体系

体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动（转化率不变）

（2）恒温、恒压：

原平衡体系

容器容积增大―→体系中各组分的浓度同倍数减小

[例2]合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0

反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是（　　）

A．增加压强　　　　　B．降低温度

C．增大CO的浓度D．更换催化剂

3．对已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列有关叙述正确的是（　　）

①生成物的百分含量一定增加　②生成物的产量一定增加

③反应物的转化率一定增大　④反应物的浓度一定降低

⑤正反应速率一定大于逆反应速率　⑥使用了适宜的催化剂

A．②⑤B．①②

C．③⑤D．④⑥

4．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。

2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）

下列叙述错误的是（　　）

A．使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率

B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应

C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率

D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率

专题：

1．解题指导

（1）看图像：

一看轴，即纵、横坐标的意义；二看点：

即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量的变化等。

（2）依据图像信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：

吸热还是放热，气体的化学计量数增大、减小还是不变，有无固体或纯液体参加或生成等。

（3）先拐先平：

在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。

（4）定一议二：

勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。

2．分类解析

（1）含量时间温度（压强）图：

常见形式有如下几种。

（C%指产物的质量分数；B%指某反应物的质量分数）

（2）恒压（温）线：

该类图的纵坐标为物质的平衡浓度（c）或反应物的转化率（α），横坐标为温度（T）或压强（p），常见类型有（如图3所示）：

（3）其他：

如图4所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（α）与温度（T）的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v（正）＞v（逆）的点是3，表示v（正）＜v（逆）的点是1，而2、4点表示v（正）＝v（逆）。

图3　　　　　　　　　　图4

[典例印证]一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合示意图的是（　　）

A．CO2（g）＋2NH3（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）　ΔH<0

B．CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH>0

C．CH3CH2OH（g）CH2===CH2（g）＋H2O（g）　ΔH>0

D．2C6H5CH2CH3（g）＋O2（g）2C6H5CH===CH2（g）＋2H2O（g）　ΔH<0

[专题集训]

1．电镀废液中Cr2O

可通过下列反应转化成铬黄（PbCrO4）：

Cr2O

（aq）＋2Pb2＋（aq）＋H2O（l）2PbCrO4（s）＋2H＋（aq）　ΔH<0　该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件。

下列示意图正确的是（　　）

2.I2在KI溶液中存在下列平衡：

I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）

某I2、KI混合溶液中，I

的物质的量浓度c（I

）与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。

下列说法正确的是（　　）

A．反应I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）的ΔH>0

B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1，K2，则K1＜K2

C．若反应进行到状态D时，一定有v（正）>v（逆）

D．状态A与状态B相比，状态A的c（I2）大

3．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应[可用aA（g）＋bB（g）cC（g）表示]的化学平衡的影响，得到如下图像（图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示平衡转化率，φ表示体积分数）。

根据图像，下列判断正确的是（　　）

A．反应Ⅰ：

若p1＞p2，则此反应只能在高温下自发进行

B．反应Ⅱ：

此反应的ΔH＜0，且T1＜T2

C．反应Ⅲ：

ΔH＞0且T2＞T1或ΔH＜0且T2＜T1

D．反应Ⅳ：

T1＜T2，则该反应不易自发进行

1．向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下发生反应：

N2＋3H2

2NH3，对达到化学平衡状态时的有关说法正确的是（　　）

A．N2将完全转化为NH3

B．N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等

C．N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化

D．正反应和逆反应的速率都为零

2．下列叙述与图像对应符合的是（　　）

A．对于达到平衡状态的N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）在t0时刻充入了一定量的NH3，平衡逆向移动

B．p2>p1，T1>T2

C．该图像表示的化学方程式为：

2A===B＋3C

D．对于反应2X（g）＋3Y（g）2Z（g）　ΔH<0，y可以表示Y的百分含量

3．对可逆反应2A（s）＋3B（g）C（g）＋2D（g）　ΔH<0，在一定条件下达到平衡。

下列有关叙述正确的是（　　）

①增加A的量，平衡向正反应方向移动

②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v（正）减小

③压强增大一倍，平衡不移动，v（正）、v（逆）不变

④增大B的浓度，v（正）>v（逆）

⑤加入催化剂，B的转化率提高

A．①②　　　　　B．④C．③D．④⑤

4．固定和利用CO2，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。

工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

ΔH＝－49.0kJ/mol

某科学实验将6molCO2和8molH2充入一容积为2L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如下图中实线所示（图中字母后数对表示对应的坐标）：

回答下列问题：

（1）由图分析，在下列时间段内反应速率最快的时间段是________（填序号）。

a．0～1min　B．1～3min　c．3～8min　d．8～11min

（2）仅改变某一条件再进行实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。

与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是__________________，曲线Ⅱ改变的条件可能是__________________。

（3）下列表述能表示该反应已达平衡的是______（填序号）。

a．容器内压强不再改变

b．容器内气体的密度不再改变

c．容器内气体的平均摩尔质量不再改变

d．容器内各物质的物质的量相等

一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）

1．在425℃时，在1L密闭容器中充入下列气体物质进行的反应达到平衡，分析下图所示示意图，从下列选项中选出能从示意图中读出相关信息的不正确选项（　　）

A．同温同压下，只要物质比列适当，从正、逆方向都可以建立同一平衡状态

B．上述图像表示的反应为H2（g）＋I2（g）2HI（g）

C．图

（1）H2的转化率＋图

（2）HI的转化率＝100%

D．相同条件下，分别从正、逆方向建立等同的平衡状态，所需时间相同

2．某恒容容器内发生的可逆反应的化学平衡常数表达式为：

K＝

。

能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是（　　）

①容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

②v正（H2O）＝v逆（H2）　③容器中气体的密度不随时间而变化　④容器中气体总质量不随时间而变化　⑤消耗nmolH2的同时消耗nmolCO

A．①②③B．①②③④C．②D．①④⑤

3．在容积一定的密闭容器中，反应A（？

）＋B（g）C（g）＋D（g）达到平衡后，升高温度容器内气体的密度增大，则下列叙述正确的是（　　）

A．正反应是放热反应

B．A不是气态物质，加入A该平衡向正反应方向移动

C．其他条件不变，加入A平衡不移动

D．改变压强对该平衡的移动无影响

4．COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：

①升温　②恒容通入惰性气体　③增加CO浓度　④减压　⑤加催化剂

⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（　　）

A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥

5．利用低温技术可用于处理废气中的氮氧化物。

在恒容密闭容器中发生下列化学反应：

4NH3（g）＋6NO（g）

5N2（g）＋6H2O（g）　ΔH＝QkJ/mol（Q<0）。

下列有关说法正确的是（　　）

A．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大

B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中NO的转化率减小

C．单位时间内生成NH3和H2O的物质的量比为2∶3时，反应达到平衡

D．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大

6．利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。

反应一：

Ni（粗，s）＋4CO（g）

Ni（CO）4（g）　ΔH＜0

反应二：

Ni（CO）4（g）

Ni（纯，s）＋4CO（g）　ΔH＞0

下列说法错误的是（　　）

A．对于反应一，适当增大压强，有利于Ni（CO）4的生成

B．提纯过程中，CO气体可循环使用

C．升高温度，反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大

D．对于反应二，在180～200℃，温度越高，Ni（CO）4（g）的转化率越高

7.有一反应：

2A＋B2C，其中A、B、C均为气体，如图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线，x轴表示温度，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，则下列描述正确的是（　　）

A．该反应是放热反应

B．b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化

C．T1温度下若由a点达到平衡，可以采取增大压强的方法

D．c点v（正）＜v（逆）

8．可逆反应2M（g）＋N（g）2X（g），根据表中的数据可判断下列图像错误的是（　　）

压强

M的转化率

温度

p1（MPa）

p2（MPa）

400℃

99.6%

99.7%

500℃

96.9%

97.8%

9．将一定量的氨基甲酸铵固体置于某容积恒定的真空容器中，发生反应：

H2NCOONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g），在不同温度下，该反应平衡状态时的部分数据见下表。

下列说法正确的是（　　）

温度

平衡浓度/（mol·L－1）

c（NH3）

c（CO2）

T1

0.1

T2

0.1

A.若T2>T1，则该反应的ΔH<0

B．向容器中充入N2，H2NCOONH4质量增加

C．NH3体积分数不变时，说明该反应达到平衡

D．T1、T2时，H2NCOONH4转化的Δn（T2）＝2Δn（T1）

10．温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5，反应PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）经过一段时间后达到平衡。

反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s

0

50

150

250

350

n（PCl3）/mol

0

0.16

0.19

0.20

0.20

下列说法正确的是（　　）

A．反应在前50s的平均速率v（PCl3）＝0.0032mol·L－1·s－1

B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c（PCl3）＝0.11mol·L－1，则反应的ΔH＜0

C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2，反应达到平衡前v（正）＞v（逆）

D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0molPCl3和2.0molCl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%

二、非选择题（本题包括4小题，共50分）

11．（11分）

（1）在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：

Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）

该温度下，在2L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体，则10min内CO2的平均反应速率为0.015mol/（L·min），10min后生成了单质铁________g。

（2）可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是____________________。

A．CO的生成速率与CO2的生成速率相等

B．CO的生成速率与CO2的消耗速率相等

C．CO的质量不变

D．体系的压强不再发生变化

E．气体密度不再变化

（3）写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：

________________________________________________________________________。

欲使上述体系中H＋浓度增大，可加入的物质是________。

A．NaOHB．HCl

C．NH3D．NaHSO4

12．（10分）二氧化硫和氮的氧化物是大气的主要污染物，防止和治理其对环境的污染是环保工作的研究内容之一。

（1）一定条件下，发生反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），向2L密闭容器中通入2molSO2（g）、1molO2（g）和0.2molSO3（g），2min后反应达到平衡时，测得SO2的物质的量为1mol，若往容器中再加入2molSO2（g），则重新达到平衡时SO2的总转化率________50%（填“>”、“<”或“＝”）。

（2）在一密闭容器中发生反应2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）　ΔH>0，反应过程中NO2的浓度随时间变化的情况如图所示。

请回答：

①依曲线A，反应在前3min内氧气的平均反应速率为________。

②若曲线A